海南昌江核電廠低放廢水排放物理模型試驗(yàn)研究

1、海南昌江核電廠低放廢水排放物理模型試驗(yàn)研究陸漢柱,羅岸,付波,麥棟玲(廣東省水利水電科學(xué)研究院,廣州,510610摘要:本文通過對(duì)核電廠低放廢水排放的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行研究,預(yù)測了電廠低放廢水排放對(duì)海域水質(zhì)及附近珊瑚保護(hù)區(qū)的影響范圍與程度,成果可為工程設(shè)計(jì)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供依據(jù)。關(guān)鍵詞:核電廠;低放廢水;擴(kuò)散;水質(zhì)影響;生物影響;保護(hù)區(qū)影響1 概述海南昌江核電廠廠址位于海南省昌江縣海頭鎮(zhèn)新港村西南面2km處的海濱。電廠瀕臨北部灣,地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°5341108°5454,北緯19°2819°2910。廠址東南距昌江縣城約29.5km,西南距東方市約5

2、1km;東北距?？谑屑s160km。本專題研究旨在對(duì)海南昌江核電廠一期工程在溫排水試驗(yàn)選用的方案1布置條件下,對(duì)核電廠運(yùn)行期間低放廢水和余氯排放進(jìn)行預(yù)報(bào),分析低放廢水和余氯排放在海域內(nèi)輸運(yùn)和擴(kuò)散規(guī)律,重點(diǎn)研究對(duì)珊瑚保護(hù)區(qū)的影響,為核電廠環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。2 工程海區(qū)潮流特性工程海域流場總體趨勢為較強(qiáng)的東北西南向往復(fù)流,漲潮流主要由南部向北部推進(jìn)。漲落潮潮流流向基本上與岸線一致。近岸潮流較弱,外海潮流較強(qiáng)。工程海區(qū)的余流流向?yàn)槁涑?廠址以南流向。3 技術(shù)路線3.1 本項(xiàng)研究試驗(yàn)的特點(diǎn)由于我國對(duì)核電安全的要求越來越高,對(duì)測試的內(nèi)容及測試精度提出了更高的要求。早期的低放試驗(yàn)(大亞灣核

3、電一期受設(shè)備及技術(shù)手段的限制,試驗(yàn)方法簡單,只能重點(diǎn)研究取水回歸濃度及粗略的濃度場分布。隨著國家的發(fā)展,技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)環(huán)境的重視,國家對(duì)核電的安全要求也在提高,低放廢水對(duì)生物和環(huán)境影響成為本項(xiàng)目研究的重點(diǎn)內(nèi)容,這也是我院首次運(yùn)用新技術(shù),系統(tǒng)地對(duì)大型核電廠低放廢水排放進(jìn)行試驗(yàn)研究。3.2 示蹤劑的選擇目前國內(nèi)同類試驗(yàn)采用的示蹤劑通常為羅丹明B、鈉鹽等幾種。羅丹明B的化學(xué)穩(wěn)定性好,對(duì)光、時(shí)間和熱的穩(wěn)定性良好,以往的同類試驗(yàn)中多采用它。但由于其難以分解,試驗(yàn)循環(huán)水系統(tǒng)中始終存在回歸濃度處理的問題,同時(shí)采集設(shè)備手段繁雜,且對(duì)環(huán)境構(gòu)成一定的污染,因而近期多不建議使用。而氯化鈉易溶解于水,儀器對(duì)鈉離子測試

4、反應(yīng)敏感。經(jīng)過綜合比較,最終選用了氯化鈉作為示蹤劑。3.3 試驗(yàn)方法根據(jù)氯化鈉溶液濃度與電導(dǎo)率呈線性關(guān)系的原理,氯化鈉溶液在水中擴(kuò)散會(huì)形成不同電導(dǎo)率的水體,使用電導(dǎo)率儀容易測試到。低放廢水試驗(yàn)?zāi)M的步驟是先測量模型內(nèi)未添加示蹤劑前自然水體的電導(dǎo)率,得到本底值數(shù)據(jù)。再把示蹤劑(分析純氯化鈉溶液與溫排水混合稀釋到0.5濃度后,經(jīng)電廠排水管從排水口排出,以此模擬低放廢水的排放。根據(jù)溫排水流態(tài),在模擬的海域內(nèi)布設(shè)多個(gè)電導(dǎo)率測驗(yàn)探頭,通過采集系統(tǒng)測取各測點(diǎn)水域的電導(dǎo)率值,減去本底值,并以排水口的濃度為基準(zhǔn),即可得到廠址海域各測點(diǎn)氯化鈉的相對(duì)濃度。本試驗(yàn)所采用的示蹤劑為低濃度氯化鈉,只模擬核素在模擬水域中

5、的摻混、稀釋過程,不考慮核素自衰減的影響。 3.4 示蹤劑排放濃度的確定氯化鈉隨穩(wěn)排水排入水體中會(huì)引起水體密度的增加,對(duì)排水口近區(qū)溫排水的摻混效果產(chǎn)生一定程度的影響,進(jìn)而可能影響排水口近區(qū)溫排水與環(huán)境水體的摻混效應(yīng)。在進(jìn)行低放廢水試驗(yàn)時(shí),一般在保證示蹤劑跟蹤測量精度的前提下盡量降低其排放濃度,從而盡可能降低氯化鈉改變水體密度帶來的不利影響。本試驗(yàn)溫排水所使用的氯化鈉濃度控制在0.5以內(nèi),其引起的密度差變化(約為3遠(yuǎn)小于溫排水造成的溫差水體密度差(約為2.5%,故可以作為示蹤劑近似模擬低放物質(zhì)的摻混稀釋特性,滿足試驗(yàn)要求。4 模型率定在溫排放試驗(yàn)中已進(jìn)行了模型率定,率定后的模型潮位過程、海域總體

6、流勢、潮流與原體的潮位、流場比較吻合(詳見參考文獻(xiàn)1。試驗(yàn)率定結(jié)果表明模型能較好地復(fù)演原體潮流,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行低放廢水排放試驗(yàn),成果是可信的。5 低放廢水試驗(yàn)成果5.1 試驗(yàn)方案試驗(yàn)采用的取排水口布置方案為溫排水物理模型試驗(yàn)選用方案(J4-1方案,排水口為離岸2.2km 的塔式排水方式,排水口設(shè)計(jì)出流流速1.0m/s 。排水口底緣離海床面約2.0m (底緣高程約-13.0m ,取水口設(shè)在環(huán)抱式防波堤港池內(nèi)靠北一側(cè),明渠取水,渠底高程-6m (圖1。 5.2 取水口低放物質(zhì)相對(duì)濃度特征值及分析一期工況各潮型下取水口低放物質(zhì)相對(duì)濃度特征值見表1。表1 取水相對(duì)濃度特征值取水口低放物質(zhì)相對(duì)濃度 工況

7、 裝機(jī)容量 (MWe 潮型 全潮最大全潮平均1 夏季大潮 0.06 0.032 夏季中潮 0.07 0.043 夏季小潮 0.05 0.024 冬季大潮 0.06 0.035 冬季中潮 0.08 0.05 62×650 冬季小潮0.06 0.04由上表可知:夏季潮,2×650MWe 時(shí),取水最大相對(duì)濃度為0.07,平均為0.03。 冬季潮,2×650MWe 時(shí),取水最大相對(duì)濃度為0.08,平均為0.04。試驗(yàn)結(jié)果表明:相同裝機(jī)容量下,不同潮型取水口低放物質(zhì)相對(duì)濃度差別不大,比較而言,小潮相對(duì)較小,中潮相對(duì)較大。 5.3 低放廢水排放輸移擴(kuò)散特性低放廢水的輸移規(guī)律與

8、溫排水潮流運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本相同。漲潮時(shí)段易出現(xiàn)取水相對(duì)濃度的最大值。漲急時(shí)段受漲潮流的擠壓,隨漲潮流回歸的廢水離取水口最近,并有部分進(jìn)入港池,此刻為漲潮時(shí)段相對(duì)濃度峰值段;至漲潮末段,低放廢水隨潮流向東北方輸移,背離取水口,此時(shí)取水口附近水域廢水濃度較小。落潮時(shí)段,取水口的相對(duì)濃度變化與漲潮時(shí)段相似,落急時(shí)濃度相對(duì)較大,落憩濃度相對(duì)較小。夏季和冬季的大潮和中潮,由于東北西南向的潮流強(qiáng),余流方向?yàn)槲髂舷?廢水分布呈偏西南長而窄的帶狀。在漲急時(shí)段,廢水被潮流壓向近岸水域,此時(shí)進(jìn)入取水口的廢水量相對(duì)增大。夏季小潮基本呈落潮流態(tài),廢水帶較偏南向,背離取水口,廢水回歸取水口的量較小。冬季小潮潮流較弱,廢水隨

9、潮流作東北西南往復(fù)運(yùn)行,移動(dòng)擴(kuò)散緩慢,從排水口射出的廢水借助初動(dòng)量后向西擴(kuò)散較遠(yuǎn),廢水的東西向分布明顯變寬。排水口離岸 2.2km ,處于主潮流區(qū),潮流強(qiáng),有利于廢水的稀釋、擴(kuò)散。在漲急落急階段廢水分布更長而窄。冬季小潮由于工程近海區(qū)流速較弱,廢水向四周擴(kuò)散,廢水外海(向西擴(kuò)散較遠(yuǎn)。試驗(yàn)觀測到所用示蹤劑在水中基本是均勻擴(kuò)散,垂向分層不明顯。 5.4 全潮最大及全潮平均相對(duì)濃度場等值線表2為相對(duì)濃度等值線面積統(tǒng)計(jì)表。表2 相對(duì)濃度等值線包絡(luò)面積統(tǒng)計(jì)表相對(duì)濃度線包絡(luò)面積(km 2裝機(jī)季節(jié)潮型 特征值 0.3 0.20.1最大 <0.01 0.53 7.13 大潮平均 <0.01 0.2

10、1 2.18 最大 <0.01 0.74 8.61 中潮 平均 <0.01 0.30 2.80 最大 <0.01 0.63 10.20 夏季小潮平均 <0.01 0.25 3.60 最大 <0.01 0.67 7.96 大潮平均 <0.01 0.21 2.50 最大 <0.01 0.98 11.25 中潮 平均 <0.01 0.39 4.05 最大 <0.01 0.81 9.44 2×650 MWe冬季小潮平均<0.010.32 2.72圖表表明:排水口延伸至潮流較強(qiáng)主流區(qū)后,有利于廢水的稀釋、擴(kuò)散。夏季典型潮,2×

11、;650MWe 時(shí),0.3線以上(相對(duì)濃度等值線,下同全潮包絡(luò)面積<0.01km 2;0.2線全潮包絡(luò)面積最大不超過0.74km 2,平均不超過0.30km 2;0.1線全潮包絡(luò)面積最大不超過10.20km 2,平均不超過3.60km 2。冬季典型潮,2×650MWe 時(shí),0.3線以上全潮包絡(luò)面積<0.01km 2;0.2線全潮包絡(luò)面積最大不超過0.98km 2,平均不超過0.39km 2;0.1線全潮包絡(luò)面積最大不超過11.25km 2,平均不超過4.05km 2。5.5 以排水口為中心各半徑海域平均相對(duì)濃度表3 各種半徑圓范圍內(nèi)的表層平均相對(duì)濃度裝機(jī)季節(jié)潮型 類別 0

12、.2km 0.5km 1km 3km 全潮最大濃度 0.32 0.17 0.1 0.06 大潮全潮平均濃度 0.29 0.13 0.07 0.05 全潮最大濃度 0.24 0.18 0.13 0.07 中潮 全潮平均濃度 0.24 0.15 0.09 0.06 全潮最大濃度 0.28 0.2 0.13 0.06 夏季小潮 全潮平均濃度 0.21 0.13 0.1 0.05 全潮最大濃度 0.24 0.18 0.13 0.07 大潮全潮平均濃度 0.23 0.15 0.1 0.06 全潮最大濃度 0.28 0.21 0.15 0.07 中潮 全潮平均濃度 0.25 0.16 0.11 0.06

13、全潮最大濃度 0.27 0.18 0.13 0.07 2×650 MWe冬季小潮全潮平均濃度0.22 0.13 0.1 0.066 低放廢水排放對(duì)受納海域海洋生物的影響分析根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn),廠址附近海域近岸6m 水深以淺海域內(nèi)生長有珊瑚礁、白蝶貝等海洋生物。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,0.1相對(duì)濃度(1%包絡(luò)線在-6m 等高線以外。7 結(jié)語(1低排試驗(yàn)是在溫排放試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭羞M(jìn)行的,模型區(qū)域能夠反映模擬水域的流場變化,0.1相對(duì)濃度等值線也包括在該區(qū)域內(nèi)。通過測試示蹤劑(分析純氯化鈉溶液在工程水域擴(kuò)散后的電導(dǎo)率,從而計(jì)算出低放廢水的相對(duì)濃度,該方法操作簡易,并通過控制示蹤劑的濃度,盡可能減小密度差變化引起的變化,從而提高試驗(yàn)精度,目前該方法已經(jīng)在一些科研院所應(yīng)用,成果是可靠的。(2從排放口排出的溫排水及低放廢水,摻混強(qiáng)烈,濃度稀釋較快,相對(duì)濃度等值線分布與水面溫升分布基本相似。(3無論是夏季或冬季,工程海區(qū)的余流都呈落潮(廠址往南方向,排放口處于取水口以南,建議低放廢水控制在落潮時(shí)段排放,有利于廢水向遠(yuǎn)海稀釋擴(kuò)散,從而減少工程海